配网自动化终端电源模块状态自诊断装置

陈源君，李浪宏，黄 羽，曾祥星

（广东电网有限责任公司河源供电局，广东 河源 517000）

1.引言

近年来，社会经济的不断发展带来了国民生活水准的全面提升，用电量和用电质量的需求也提上了日程[1]。我国电力配网自动化得到了快速发展，并且在具体应用过程中取得不错的成绩，但是仍然存在一定不足[2]，由于技术、管理、人力、物力等方面的原因，当前配网设备的日常运行维护工作面临诸多问题。根据运维经验发现，配网自动化终端的电源故障率非常高，普通的配网自动化终端电源模块虽然可以完成充电、供电、电压转换等基本功能，但在实际使用中，由于过充或过放等原因，会对锂电池造成很大的损害，并且电源需要长时间带载运行在严酷的户外环境，对设备可靠性要求较高；设备本身由精密电子元件制作，投入运行后需要关注运行工况，进行适当维护。目前，日常运维过程中因为缺乏技术手段，运维人员无法及时发现设备的工况变化、设备缺陷甚至是早期的故障，容易导致配电终端设备失效、开关位置、电流、电压信号无法上传，更严重的可能导致事故的发生。

2.该配网自动化终端电源模块状态自诊断装置介绍

2.1 总体框架

配网自动化终端电源状态自诊断装置适应宽电压输入范围，可交直流输入，具有输出过压、过流、电池防反接等保护功能；配有OLED丰富的信息和状态显示，可外接24V铅酸蓄电池，不间断地对负载供电；可实时监控电池电压、温度等状态；主要适用于电力配网自动化系统、电力智能箱变、环网柜以及其他需要不间断供电的场合。与传统运维电源相比，增加了串口通讯、电池内阻测试、电池温度监测、电源工况事件记录等功能，可在线监测电池老化情况，并及时上送电源系统工作情况。

图1 总体框架

2.2 面板

部件说明：(1)OLED显示屏；(2)控制按键；(3)背部接线端子；(4)主接线端子；(5)安装螺孔；(6)接保护地螺孔。

图2 面板

2.2.1 主接线端口

端口号 端口名称 功能定义 1 ACL 交流输入L相 2 PE 保护地 3 ACN 交流输入N相 4 NC 无电气连接 5 VC 告警输入正 6 POK 交流输入失电告警输出 7 HOK 电池活化状态输出 8 VL 电池欠压告警输出 9 VH 电压故障告警输出 10 HK 遥控活化启动 11 HG 遥控活化退出 端口号 端口名称 功能定义12 BG 遥控电池退出13 RL 活化放电负载正14 VG 遥控公共结点15 Vo- 负载输出负16 Vo- 负载输出负17 Vo+ 负载输出正18 Vo+ 负载输出正19 B+ 电池接入正20 B+ 电池接入正21 B- 电池接入负22 B- 电池接入负

2.2.2 背部接线端口

端口号 端口名称 功能定义 端口号 端口名称 功能定义B1 NC 无电气连接 B5 BG 无电气连接B2 NC 无电气连接 B6 RL 隔离串口发送数据线B3 TB 温度传感器B端 B7 VG 隔离串口接收数据线B4 TA 温度传感器A端 B8 Vo- 隔离串口地线

2.3 端子接线示意图

主接线端说明：K1、K2、K3为用户CPU等控制的继电器触点（或是光耦，VG为负，光耦不应有漏电流），R为电池活化放电电阻，负载为用户正常负载，电池为24V电池组。接线端子容量为300V/15A。

背部接线端说明：TA、TB为标配的温度传感器，特定型号不可随意选用；外接通讯RS232串口采用标准电平。

图3 主端子接线示意图

图4 背部端子接线示意图

3.配网自动化终端电源模块状态自诊断装置工作原理

配网自动化终端电源状态自诊断装置由功率模块、控制模块和显示模块组成，控制模块采用由中央处理器、存储器、只读存储器、多种I/O口和终端系统、定时器等功能集成于一体的微型单片机进行控制功率模块，由交流220V输入整流、降压和滤波转为直流27V电源以及对24V蓄电池的充、放电监测管理。并采用直流放电测试法监测蓄电池的内阻；集成温度传感器、精密电流、电压采样技术实现蓄电池电流、电压的监测，再经显示模块显示出实时输出电压、实时输出电流、实时电池电压和实时电流等实时数据。

4.配网自动化终端电源模块状态自诊断装置的特点

配网自动化终端电源状态自诊断装置实现对蓄电池状态进行实时监测的功能，能直观有效地观察蓄电池的状态；为配网自动化终端电源系统提供了有效的监测手段，有效地提升了运维巡检质量和巡检工作效率。该装置也采用串口通讯技术，实现对配网自动化终端电源状态的实时远程监测、远程控制的功能，实现了在线监测电池的状态，并能及时上送电源系统的工作情况。其特点如下：金属外壳全屏蔽封装，防尘防震；安全隔离，高抗干扰能力；最大瞬时功率达750W；具有充电功能，配合24V铅酸电池使用实现不间断供电；具有电池活化功能，手动按键或远程自动活化；具有输出过压、欠压、过放、防反接等电池保护功能；具有电池内阻和电池温度监测功能；具有OLED直观显示功能；具有远程监测、远程控制功能；具有串口通讯功能。

图5 电源原理框图

图6 电源内部隔离框图

5.配网自动化终端电源模块状态自诊断装置关键点与优势

近年来，作为智能配电网的关键领域之一，配电自动化可以提高配电网供电可靠性、提高运行与管理效率、延缓一次设备投资，实现电网经济运行[3]。蓄电池是配网自动化设备运行的基本保障，配网自动化终端电源状态自诊断装置为蓄电池的运行提供了可靠的保障，对配电自动化设备稳定运行的关键环节进行实时监测，极大地提升供电可靠性。

一是该自诊断装置能起到安全隔离作用，抗干扰，具有充电功能，能够配合24V铅酸电池使用实现不间断供电。

二是具有电池活化功能，可以手动按键或远程自动活化，手动活化当收到活化启动指令后可以立即执行活化操作。自动活化是一种智能型的活化策略，会结合电池类型、电池内阻、活化间隔时间作综合决策。对于蓄电池，当监测到电池内阻异常后，会自动执行一定的活化操作，以期对电池作可能的修复。在电池活化过程中，亦会同步执行核容策略分析，若活化结束点到时，发现电池容量与初始容量差异较大，则给出电池容量异常等状态或告警信息。

三是具有OLED直观显示、远程监测、远程控制、串口通讯功等功能。关于通信接口和通信通道问题，提出两种解决方案。主要针对增量设备包括通信接口－智能电源模块支持RS232/RS485接口；通信规约－采用modbus规约；信息点表－远传告警信息1位，0正常1异常；通信通道－借助配电自动化终端加密远传通道进行传输。适用于增量和存量设备升级改造－通信接口无需改造；通信规约无需改造；信息点表可将智能电源模块模块告警信息位接入配电自动化终端DTU、FTU的开入端口，作为一个开关量信号采集，在配电终端上送信息点表增加一个遥信上送点位；通信通道可借助配电自动化终端加密远传通道进行传输。

四是具有电池内阻和电池温度监测功能，监测电池内阻的作用是可以判断蓄电池自身情况容量和技术状态的优劣，这些是电压电流温度等运行参数无法反映的，通过对蓄电池组中的单体蓄电池进行内阻测试，能够准确地掌握蓄电池组中的每个单体蓄电池的性能状态，同时对于保证蓄电池供电稳定和延长蓄电池组的使用寿命具有重要意义。

五是具有输出过压、欠压、过放、防反接等电池保护功能。创新电池投切管理，当外接电池正负极反接、投入电池电压过低时不允许投入；主电源工作时反接自动关主电源，多种情况带电池短路可以有效保护。

6.结语

随着配网自动化的建设发展与改造工程的不断深入，国内配网设备的规模不断扩大，对配网自动化的技术要求会越来越高。本次研究中的配网自动化终端电源模块状态自诊断装置可以解决传统运维电源存在的不足，创新对配网自动化终端电源模块运维工作的方法，能够对配网自动化终端电源系统实时远程监控，及时观察蓄电池的状态，大大提升了运维巡检质量和巡检工作效率，保证电力系统可靠运行，减少因停电而导致的损失，提高经济效益。